RCSTV.RU

Помехи и отказы в работе RC-аппаратуры

Коротко об отказах передатчика и о применении сканирующих устройств

Большинство неисправностей передатчика происходит в результате выхода из строя активных полупроводниковых компонентов - микросхем или транзисторов. Иногда эти отказы - следствие технологического брака. Но гораздо чаще они происходят по вине пользователя.

Основной причиной можно считать “переполюсовку” аккумуляторной батареи или зарядного устройства. Несмотря на то, что разъемы для подключения к передатчику батареи и зарядного устройства обычно имеют специальную конструкцию с механическим ключом (так называемая “защита от дурака”), некоторые “умельцы”, при использовании суррогатных соединителей, все же умудряются перепутать полярность подключения. Нет сомнений, что это моментально приводит к выходу из строя полупроводников, а порой - и к выгоранию дорожек печатной платы. Подобные отказы редко вызывают гибель модели, т.к. обнаруживаются моментально - из передатчика начинает валить дым. Тем не менее, последствия их не редко оказываются весьма дорогостоящими, если не фатальными, для самого передатчика. Но предотвратить эти отказы очень просто - необходимо только выполнять требования инструкции по эксплуатации аппаратуры, и внимательно проводить любые работы, связанные с обслуживанием самого передатчика (особенно - при “ковырянии” внутри самого устройства), батареи питания и внешнего зарядника.

Справедливости ради следует сказать, что большинство типов передатчиков (не зависимо от производителя), кроме специальных разъемов с защитным ключом, имеют еще и плавкие предохранители и защитные диоды в зарядных цепях. Но, как известно, “кто ищет, тот всегда найдет” (имею в виду приключения и неприятности на собственную … голову).

Разумеется, в передатчике могут возникнуть и любые другие отказы и помехи, аналогичные тем, которые для бортового оборудования мы классифицировали как “пассивные”. Их выявление и устранения производятся также, как описано выше. Из наиболее вероятных - это износ потенциометров ручек управления, а также ухудшение контактов в месте крепления телескопической антенны и между ее коленами. Последний дефект неизбежен для любого типа аппаратуры. Как правило, он начинает проявляться после двух-трехлетней активной эксплуатации аппаратуры, в результате частого выдвигания-вдвигания трубочек из которых состоит телескопическая антенна, и окисления их поверхностей под воздействиями компонентов топлива и абразивного износа. Больше своего при этом страдают латунные лепестки, ограничивающие предельное выдвижение каждого колена, т.к. в отличие от самих трубчатых колен, они не защищены гальваническим покрытием (никель или хром). Новая антенна, выдвигающаяся в начале эксплуатации с некоторым усилием, постепенно разбалтывается, расхлябывается, и даже перестает держать свою прямолинейную телескопическую форму, прогибаясь, как плеть. Можно не сомневаться, что такая антенна потенциально более опасна для модели, чем неисправная рулевая машинка или искрящий коллектор ходового двигателя, который, в крайнем случае, можно просто выключить. Так что не стоит испытывать судьбу - проще, и дешевле заранее заменить состарившуюся антенну на новую, или сделать более удобную и компактную спиральную, как описано в моей статье “Укороченная антенна”.

При описании рулевых машинок я указывал на помехи, обусловленные износом потенциометра обратной связи (датчика положения качалки РМ), но не стал описывать профилактические работы на этом узле. Дело в том, что в РМ этот потенциометр имеет обычно субминиатюрные габариты, и разобрать его, а тем более - отремонтировать, очень не просто.

В передатчиках обычно используют потенциометры, имеющие несколько большие размеры, поэтому их довольно часто можно “реанимировать”. Для этого “шуршащий” потенциометр следует аккуратно извлечь из передатчика, при необходимости отпаяв провода. Если металлический корпус потенциометра, в котором находится поворотная ось, крепится на нижней колодке с резистивным слоем 3-4-мя загибающимися ушками (лепестками), проблем вообще нет - эти лепестки аккуратно отгибаются, потенциометр “разполовинивается”, и тщательно промывается в спирте. Использовать для этого какие-либо растворители нельзя!

Поворотный бегунок, закрепленный на оси потенциометра через изоляционную прокладку, может иметь одну из трех конструкций:

1) Плоская пружинящая пластинка с выдавленным на конце полусферическим контактным выступом, бегающим по рабочей подкове (самая ненадежная конструкция). При движении этот выступ постепенно протирает резистивный слой подковы, оставляя на нем четко видимый след. Для ремонта такого потенциометра достаточно слегка деформировать, или отогнуть пружинную пластинку так, чтобы контактное пятно от бегунка на подкове отодвинулось с протертого места.

2) Такая же пластинка, только вместо выступа на ее конце закреплен графитовый “пятачок”, который и бегает по подкове. Эта конструкция очень надежна и долговечно, но…

Ремонт такой же, как и в первом варианте.

3) Бегунок состоит из нескольких упругих бронзовых проволочек (обычно - 5-7 штук), каждая из которых бегает по своей дорожке, постепенно протирая ее. Как только последняя из проволочек протирает свою дорожку до диэлектрического основания подковы, потенциометр отказывается работать. Ремонт очень прост - чуть раздвинуть проволочки, сместив их с “наезженных” дорожек.

Кроме этого рабочего скользящего контакта, в конструкции любого потенциометра есть и еще один - такой же “поворотный” контакт, через который бегунок соединен со средним выводом потенциометра на нижней колодке. Целесообразно провести такой же профилактический ремонт и этого места.

В заключение, все трущиеся части потенциометра - резистивную дорожку, рабочие контакты и среднюю металлическую дорожку - следует тонко смазать любой не агрессивной смазкой: техническим или медицинским вазелином, ЦИАТИМ-ом, или более современной силиконовой смазкой, которую можно купить в радиомагазине. Этой же смазкой следует смазать и поворотную ось потенциометра. Затем потенциометр собирается, крепежные ушки-лепестки загибаются обратно, с максимальным усилием, обеспечивающим плотное, надежное соединение двух половинок потенциометра.

Конечно, срок службы такой отремонтированной детали будет меньше, чем у новой, но на год-другой нормальной работы его должно хватить.

Кроме описанной конструкции корпуса потенциометра могут встретиться еще две: у первой металлический корпус завальцован на нижней колодке “вкруговую”, и разобрать такую деталь (тем более - завальцевать ее обратно) будет очень не просто, но можно. А вот если соединение корпуса и колодки залито компаундом (как у наших потенциометров типа СПО), боюсь, ремонт будет не возможен, и такую деталь придется просто заменить на аналогичную, или подобрать эквивалентную замену.

Несколько слов о выходной мощности передатчика. Время от времени случаются отказы передатчика, связанные с уменьшением (ухудшением) этого параметра аппаратуры. Неопытные пользователи первым делом начинают крутить подстроечные сердечники контуров задающего, предварительных и выходного каскадов, порой не понимая, что эти реактивные элементы (катушка индуктивности и ВЧ конденсаторы малой емкости) имеют очень стабильные временные параметры, которые ни с того, ни с сего не могут измениться. Как уже было сказано, абсолютное большинство отказов передатчиков происходит из-за выхода из строя активных элементов (полупроводников), или из-за изменения их электрических параметров. Причин таких отказов много (прежде всего - перегрев транзистора выходного каскада передатчика), но опытный радиолюбитель, располагающий минимумом лабораторного оборудования (осциллограф, ВЧ-генератор и хороший тестер) может их обнаружить и устранить.

А вот для настройки сложных реактивных цепей (последовательной цепочки контуров) потребуется более сложное оборудование - панорамный спектр-анализатор, измеритель КСВ и т.д. Без этих приборов настроить передающее устройство можно лишь обладая большим опытом, да и то “на глазок”. Именно поэтому не следует пытаться вернуть в норму забарахливший передатчик, располагая лишь отверткой, которая помещается в шлиц подстроечного сердечника контура.

Нередко причиной плохой работы передатчика является выход из строя (или просто “уход” частоты) канального кварца. Поэтому при первых же подозрениях на неисправность передатчика желательно, поменяв и в передатчике, и в приемнике канальные кварцы, убедиться, что причина неисправности не в этом.

Вообще, проще всего диагностировать и локализовать любую неисправность RC-комплекта путем последовательной замены и сравнения подобных узлов и деталей из другого, аналогичного комплекта. Сначала заменяются все РМ, затем кварцы, потом - приемник, и только в последнюю очередь - передатчик.

А вообще-то, учитывая заведомую избыточность выходной мощности современных RC-передатчиков, не стоит переоценивать значение величины этого параметра. Для надежной связи на расстоянии до 500-700 метров вполне достаточно излучаемой мощности в 5-10 мВт. Выходная мощность большинства моделей передатчиков для RC-управления составляет 500-1000 мВт. Даже с учетом несогласованности и неоптимальности телескопической антенны, излучаемая при этом мощность намного превышает потребную величину.

Теперь о сканерах. Многие считают эти приборы чуть ли не панацеей, способной уберечь модель от любой помехи. Это далеко-далеко не так. Обычный сканер позволяет зафиксировать помеху лишь в реальном времени, и не более того. Это означает, что сканер отразит на своем индикаторе наличие помехи только в тот момент, когда помеха уже будет воздействовать на приемник модели. Предотвратить, а тем более - нейтрализовать помеху никакой сканер не может. Другое дело, если вы располагаете панорамным сканером (типа спектроанализатора) с памятью, позволяющей накапливать информацию о состоянии эфира в диапазоне частот RC-аппаратуры за какой-то отрезок времени непосредственно перед полетом. Тогда прибор покажет вам, насколько часто в выбранном участке диапазона возникают помехи, покажет их частотное распределение, спектральный состав и мощность. Обладая такой информацией уже можно будет прогнозировать вероятность отказа борта и принимать решение “лететь - не лететь”. Единственный недостаток такого прибора - его крайне высокая стоимость, которая может превышать стоимость модели со всей аппаратурой во много раз …

В спортивном моделизме, на ответственных международных соревнованиях, изредка используют такие сканеры, позволяющие проанализировать состояние эфира в течение каждого полетного тура, с целью принятия судейской коллегией верного решения в случае какой-либо аварии, произошедшей в полете. Но лично мне, за более чем 10-летний срок участия в самых ответственных российских соревнованиях в статусе Главного судьи или Начальника старта, так и не удалось увидеть подобный прибор. У нас в стране эти устройства недоступны моделистам…

Простейшие сканеры, которые есть в Федерации авиамодельного спорта РФ, и еще у нескольких российских областных команд по RC-моделям различных классов - это игрушки для самоуспокоения, позволяющие только “прослушать” эфир на каком-то одном, выбранном канале. Обычно это не дает никаких результатов, т.к. бортовой приемник, установленный на любой модели, при наличии помехи сам отреагирует на нее.

Завершая разговор о помехах повторю то, что уже сказал в самом начале:

Единственный надежный способ защиты от эфирных помех - просто не летать там, где были зафиксированы хотя бы единичные случаи отказа RC-аппаратуры по внешней причине, выяснить и объяснить которую не удалось.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Что скажете коллеги по поводу статьи, какие будут мнения?

Помехи и отказы в работе RC-аппаратуры

Предлагаю подробно поговорить о том, что частенько приводит к гибели модели. Думаю, эта тема интересует многих (если не всех) моделистов.

Уверен, что эффективно бороться с каким-либо явлением можно только после того, как будут ясны причины, порождающие это самое явление. Имею в виду не только радиопомехи различного свойства, но вообще любые отказы в работе RC-аппаратуры.

Начнем с помех

Итак, все помехи можно условно разделить на две группы (помехи, возникающие на стороне передатчика пока не рассматриваем).

1) Внешние (эфирные) помехи. К этим помехам относится огромное количество самых разнообразных помех, создаваемых всевозможными источниками: электрические разряды в атмосфере (которые, к тому же, могут возникать не только в грозу), ЛЭП, мощные промышленные и медицинские генераторы, вещательные, связные и специальные радиостанции, аппараты электросварки, тяговые двигатели электротранспорта, аппаратура радиоуправления вашего приятеля (и НЕприятеля тоже) и т.д., и т.п.

Самые опасные виды таких источников те, которые работают не постоянно (их можно отследить еще на земле), и даже не с какой-то закономерной периодичностью (их можно просто вычислить статистически), а те, которые начинают излучать без всякого графика, но именно в то время, когда ваша модель только-только набрала достаточную высоту.

Очевидно, что кардинально бороться с такими помехами, и с их источниками не возможно! И поэтому я не стану подробно анализировать ни эти помехи, ни создающие их источники. Единственная надежная защита от них - просто не летать там, где были зафиксированы хотя бы единичные случаи отказа RC-аппаратуры по внешней причине, выяснить и объяснить которую не удалось.

2) Бортовые помехи - те, которые возникают в электрических цепях приемной стороны.

Здесь: приемник, рулевые машинки, тяговый (ходовой) электродвигатель, контроллер, соединительные провода и разъемы, выключатель питания и аккумуляторная батарея. Сразу замечу: практически никогда бортовые помехи не возникают, если все бортовые устройства исправны и работают в штатных режимах, а монтаж и взаимное расположение этих устройств выполнены с соблюдением определенных правил (об этом - ниже).

Давайте так же все бортовые помехи, в свою очередь, разделим на пассивные и активные.

Пассивными будем считать помехи, которые возникают внутри какого-либо устройства, и прямо не воздействуют на другие бортовые устройства. Разумеется, это не касается приемника - это устройство управляет работой всего бортового оборудования, и любые нарушения в его работе приводят к сбоям во всех остальных устройствах борта.

Активными же будем считать такие помехи, которые возникают при работе устройства, и каким-либо способом (путем электромагнитной наводки или непосредственно по электрическим бортовым цепям) воздействуют на другие устройства.

В самом приемнике активных помех обычно не возникает. Пассивные же помехи могут появиться в любой точке приемного тракта в результате нарушения контакта (плохая пайка) любой из деталей, микротрещины на печатной плате, механического повреждения (часто - не видимого невооруженным глазом) какой-либо детали, плохого механического контакта между металлизированными керамическими пластинами внутри фильтра ПЧ, а также каких-либо повреждений канального кварца или кварца первого гетеродина приемника с двойным преобразованием. Все эти причины могут иметь постоянных характер, и тогда достаточно легко устранимы опытным специалистом, а могут проявляться периодически, допустим, от вибраций двигателя только на конкретных оборотах (механический резонанс), или при перегрузках по какой-то одной или сразу по нескольким координатам, что очень сильно затруднит поиск неисправности. Помеха от такого повреждения может иметь самые разные последствия: постоянный (полный или частичный), или периодический отказ всего борта или только одного конкретного канала. Разумеется, выявлять или прогнозировать подобные случаи “до того, как” весьма сложно, но можно. Для этого необходимо систематически проверять работу аппаратуры “на земле” не только перед полетом (это - обязательно!), но и в условиях “моделки” (или дома), пытаясь спровоцировать подобную ситуацию - потряхивая бортовое оборудование или, соблюдая осторожность, тихонько постукивая по корпусу приемника, или иного бортового устройства, пластмассовой ручкой отвертки. Устранение выявленной неисправности ФПЧ, кварца или любой детали - только путем замены на новую, микротрещину или непропай выявить сложнее, но устранить проще и дешевле.

Разумеется, эти же меры контроля касаются и других бортовых устройств - РМ, контроллера, и т.д.

Рулевые машинки, и тем более - ходовой двигатель - наиболее вероятные источники активных бортовых помех. Как я уже писал выше, чаще всего активные помехи возникают в узле “коллектор-щетки”. Но в РМ могут возникать и пассивные помехи, характерные для приемника. Учитывая, что нагрузкой электроники РМ является электродвигатель, пусть и маломощный, очевидно, что уровень активных помех от этого устройства в целом может быть достаточно велик.

Воздействие на РМ любой помехи (как внешней - от приемника, так и внутренней пассивной) чаще всего приводит к переходу ее электромотора в постоянный хаотичный “старт-стопный” режим работы, что, в свою очередь, отрицательно влияет на цепи питания (возникают лишние скачки тока), более активно изнашиваются коллектор и щетки, усиливается искрение этого узла, и т.д. Мало того, что начинает “дурковать” сама машинка, но наведенная от нее электромагнитная помеха или помеха, “просочившаяся” от нее в приемник по соединительным проводам, может нарушить нормальный режим работы всего приемного тракта, что уже гораздо хуже.

Еще одна, очень вероятная причина возникновения в РМ пассивных помех - износ переменного резистора датчика угла поворота выходного вала. Так как основную часть рабочего времени РМ большинства каналов (пожалуй, кроме канала газа) находятся в нейтрали, но при этом все-таки совершают микродвижения, компенсирующие отклонения рулей под внешними воздействиями, в наибольшей степени изнашивается участок резистивного слоя именно в том месте, которое соответствует положению “нейтрали” РМ. Для предупреждения такого износа и продления срока службы всей РМ можно рекомендовать время от времени изменять на 1-2 мм длину тяги от этой РМ, а изменение положения рулевой поверхности компенсировать с помощью триммера передатчика. Правда, при этом следует внимательно контролировать работу машинки при максимальных отклонениях, и не допускать никаких механических “упоров” и заеданий рулей.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Помехи от ходового двигателя и контроллера

Ходовой двигатель и управляющий им контроллер - самые мощные источники активных бортовых помех, даже в том случае, если они исправны, и работают в штатном (нормальном) режиме.

Двигатель постоянного тока со статором из постоянных магнитов, работает благодаря вращающемуся магнитному полю, которое создается при коммутации обмоток ротора. Узел коммутации - пресловутые “коллектор-щетки” - и есть место возникновения широкополосных импульсных радиопомех, аналогичных помехам любой искрящей цепи, будь то молния, электросварка, или просто любой электрический размыкатель (наибольшее искрение возникает именно при размыкании токовой цепи). Этот источник соединен как с обмотками мотора, так и с внешними питающими цепями. И все эти цепи являются своеобразными антеннами, благодаря которым высокочастотные колебания, возникающие при искрении, и имеющими достаточно высокую мощность и амплитуду, излучаются в пространство, не только наводя в антенне приемника весьма сильную и широкополосную помеху, но и попадая в приемник по цепям питания.

Следует иметь в виду, что любой электрический мотор постоянного тока всегда искрит, и чем больше изношены щетки и коллектор, тем это искрение больше. Способов борьбы с этим видом помех не много, и все они достаточно просты и эффективны. Прежде всего необходимо постоянно следить за состоянием щеток и коллектора, и при необходимости заменять щетки и протачивать поверхность коллектора. Эти операции неоднократно описаны, и, в принципе, могут быть выполнены большинством моделистов самостоятельно. Корпус модельных электродвигателей обычно выполнен из металла, и общий провод питания (электрическая “масса”) бортового оборудования обязательно должен быть соединен с корпусом двигателя. Эта простая мера в значительной мере снизит уровень помех от двигателя.

Провода питания, идущие к двигателю от контроллера, должны быть шунтированы между собой керамическим конденсатором (электролит здесь работать не будет) емкостью 1.0-10.0nF на входных клеммах электромотора. Кроме того, каждая входная клемма должна быть зашунтирована таким же конденсатором на массу (на корпус двигателя). Всего шунтирующих конденсаторов должно быть три для реверсируемых двигателей (авто- и судомодели), или два для двигателей авиамодели, которые работают без реверса. В последнем случае одна из подводящих клемм должна иметь надежный электрический контакт с корпусом двигателя. Соответственно, к двигателю авто- и судомодели должно подходить три провода, а для авиамодельного мотора достаточно двух проводов. Все силовые провода обязательно должны быть медными, многожильными и достаточного сечения, которое посчитать очень просто: на один квадратный миллиметр сечения провода должно приходиться не более 5-7 ампер тока. Так, для питания двигателя, потребляющего при максимальной нагрузке ток в 25 ампер, следует использовать провод сечением 25/5=5 кв.мм. Разумеется, провод должен иметь хорошую изоляцию, способную выдерживать нагрев до температуры не менее 150 градусов, т.к. мощные двигатели могут очень сильно нагреваться в процессе работы. Очень надежны провода из очищенной безкислородной меди в силиконовой изоляции. Подробнее о проводах поговорим позже.

Дополнительное шунтирование мощного ходового электродвигателя электролитическим конденсатором, даже большой емкости (2.000-5.000uF), с целью устранения “просадок” по цепям питания, на мощных двигателях обычно не приносит ожидаемых результатов, т.к., во-первых, при реверсивном режиме работы приходится применять редкие, дорогие и большие по размеру и весу униполярные электролиты (обычный электролит просто взорвется при изменении полярности напряжения), применение которых обязательно снижает динамику двигателя при реверсировании, а во-вторых, современная аккумуляторная батарея сама эквивалентна конденсатору с емкостью гораздо большей, чем выше указанные номиналы, что все-таки, не спасает от “просадок” напряжения питания при бросках тока. И только в редких случаях, дополнительное шунтирование цепи питания нереверсируемого электродвигателя позволяет в некоторой мере снизить такие “просадки”, которые у маломощного мотора и без того достаточно малы. О борьбе с таким видом помех, как “просадки” напряжения, так же поговорим чуть позже.

Контроллер ходового двигателя является источником высокочастотных электромагнитных помех, причем спектр и уровень этих помех часто не постоянен, и может изменяться при регулировке пилотом режима работы ходового двигателя. В связи с этим, помеха от работающего контроллера может проявляться только в отдельные моменты, при работе электромотора на определенных режимах или оборотах.

Современные контроллеры регулируют обороты двигателя посредством подачи на него импульсного напряжения с регулируемой скважностью (режим ШИМ). Этого достигается путем изменения частоты импульсов неизменной длительности, или, при неизменной частоте, изменением длительность каждого импульса. Но и в том, и в другом случае, в силовых цепях контроллера и двигателя возникают высокочастотные “всплески” с резкими фронтами и с амплитудой, равной напряжению питания. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда какие-либо соединительные цепи борта входят в электрический резонанс с частотой работы контроллера (или одной из гармоник этой частоты), что приведет к резкому увеличению уровня вторичных излучений. В некоторой степени эти излучения можно снизить, зашунтировав входные и выходные клеммы контроллера высокочастотными керамическими конденсаторами емкостью порядка 10.0-30.0nF. Кроме того, некоторое снижение уровня наводок от цепей регулировки и питания двигателя можно достичь, тщательно заэкранировав все провода и сам контроллер. Провода можно поместить в экранирующий “чулок”, а контроллер просто обернуть медной фольгой (при этом не надо забывать, что эта простая мера может ухудшить тепловой режим работы контроллера), или мелкоячеистой медной сеткой. Все экранирующие цепи не должны быть силовыми (по ним не должны протекать большие токи), лучше всего, если все экраны будут присоединены к “массе” в одной точке, например, в точке подачи напряжения питания на контроллер. Желательно, также, чтобы провода от контроллера к двигателю были минимальной длины.

Пассивные помехи контроллера выявляются и устраняются также, как и в бортовом приемнике.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 13:59:38)

Помехи от бортового аккумулятора и выключателя питания

Бортовая аккумуляторная батарея и выключатель питания также могут являться источником помех, которые можно классифицировать как активные. К сожалению, простых методов выявления и устранения помех, создаваемых этими устройствами нет. Возникновение помехи в этом месте однозначно ведет за собой довольно трудоемкий ремонт, а чаще - дорогостоящую замену вышедшего из строя элемента.

Не зависимо от того, есть ли на модели ходовой двигатель, или нет, низкое качество “батарейки” наверняка рано или поздно приведет к отказу всего бортового оборудования. Именно поэтому к выбору бортовых аккумуляторов, и к их эксплуатационному состоянию, следует относиться с максимальной ответственностью.

Прежде всего, необходимо постоянно следить за уровнем разряда батареи, и контролировать ее электрическую емкость.

Фирменные батареи обычно наглухо затянуты в рубашку из термоусадочной трубки, что не позволяет контролировать параметры каждой банки, а это - очень важно. Дело в том, что обычно начинает “хандрить” не вся батарея, а какой-то один из входящих в нее аккумуляторов. Для систематической проверки параметров всех банок батареи я рекомендую сделать в оболочке батареи, у каждой банки, аккуратные круглые вырезы (в процессе эксплуатации их можно просто заклеивать скотчем) диаметром ~ 10 мм до металла корпуса, для того, чтобы можно было подключить измерительный прибор, или разрядник, к любой отдельно взятой банке. При заряде батареи обычным зарядником рекомендую через каждые 30 минут измерять напряжение на каждой банке электронным вольтметром с точностью не менее 0.01 вольта, и результаты записывать в специальную тетрадь. Накопленная статистика позволит вам заранее прогнозировать выход из строя вашего бортового аккумулятора, и предотвратить неизбежную гибель модели по этой нередкой причине.

У хорошей батареи разница напряжений на каждой банки в любой момент зарядки не должна превышать 0.05-0.1 вольт. Те же самые измерения стоит проводить и при “тренировочных” разрядах батареи. В том случае, если при разряде остаточное напряжение на каком-то элементе существенно превышает напряжение на других элементах (это говорит о том, что данный элемент имеет бОльшую электрическую емкость, чем остальные), его стоит отдельно доразрядить с помощью простой последовательной цепочки, состоящей из кремниевого диода с максимальным рабочим током не менее 1-2 ампер (например - 1N4001-1N4007) и резистора номиналом 1-2 ома и мощностью не менее 2 Вт. Разряжать аккумуляторы при тренировочных циклах можно до уровня ~ 0.5 вольт на элемент, но сразу же после этого начинать процесс заряда.

Стоит, также, систематически контролировать и фиксировать нагрузочную способность элементов батареи путем контроля напряжения каждой банки под общей нагрузкой током ~ 1 ампер (имеется в виду обычная, а не ходовая батарея). Для бортовой четырехбаночной батареи с напряжением, равным 4,8-5,5 вольт, нагрузочный резистор должен иметь сопротивление ~ 5 ом, и мощность рассеивания не менее 10 ватт. Очень хорошо для этой цели использовать 6-вольтовую лампу накаливания подходящей мощности. Как говорилось выше, разница в напряжениях на разных банках батареи на должна быть значительной. Вообще, необходимо иметь в виду, что измерять напряжение на бортовом аккумуляторе всегда следует только под нагрузкой, т.к. на холостом ходу ЭДС даже “дохленькой” батарейки (или отдельного ее элемента) может оказаться достаточно высокой. Выявленный элемент с ухудшенными параметрами следует незамедлительно заменить.

Еще одним эффективным способом борьбы с помехами и отказами, происходящими по вине бортового источника питания (и не только), является гальваническая развязка всех цепей приемника, контроллера и рулевых машинок. Обычно при этом на борт устанавливается два отдельных аккумулятора. От первого питается только приемник, от второго - все рулевые машинки и ходовой двигатель (иногда для ходового двигателя устанавливают еще и третий аккумулятор). Развязка по цепям управления каждого канала при этом осуществляется с помощью отдельных оптопар. Этот способ очень эффективен, т.к. практически полностью исключает паразитную взаимосвязь между бортовыми устройствами, но дорог, громоздок, и, на мой взгляд, его применение оправдано только на больших моделях, где есть необходимость установки более 8-10 рулевых машинок.

Более подробно о свойствах, характеристиках и эксплуатационных особенностях NiCd и NiMg батарей можно прочитать на сайте www.rcdesign.ru, правда, там речь идет только о силовых батареях двух-трех ведущих производителей.

Выключатель питания. На первый взгляд - простой элемент, который, вроде бы, и не может послужить причиной отказа аппаратуры и гибели модели. Это далеко не так. Дело в том, что на современных моделях, а тем более на моделях с ходовым двигателем, коммутируемые таким выключателем токи порой достигают десятков ампер! В результате этого контактная группа выключателя постепенно подгорает, и его контактное (внутреннее) сопротивление резко возрастает, причем это сопротивление может иметь нелинейный характер в зависимости от проходящего тока - при увеличении тока растет и контактное сопротивление выключателя. Это приводит к резкой просадке бортового напряжения, вплоть до 2-3 вольт, со всеми вытекающими последствиями. Выявить причину отказа в этом случае бывает довольно сложно, т.к. при обычном контроле выключателя “на закоротку”, вроде бы все бывает в порядке. Поэтому выключатель питания тоже необходимо контролировать в реальных условиях - при прохождении через него больших токов известной величины, цифровым вольтметром измерить падение напряжения на контактной группе выключателя с точностью не хуже 0.01 вольт. Затем по закону Ома (I=U/R) вычислить контактное сопротивление. У хороших, мощных выключателей этот параметр должен быть не хуже 0.001-0.002 ом, что обеспечит при токе в 50 ампер падение напряжения на нем не более 0.05-0.1 вольт. Но даже в этом случае на выключателе будет рассеиваться достаточно большая мощность, приводящая к нагреву контактов.

Так что к выбору механического выключателя бортового питания следует отнестись со всей серьезностью и ответственностью.

В последнее время появились электронные выключатели бортового питания. В их основе лежит полупроводниковый ключ, способный пропускать ток до 100 ампер, и имеющий очень низкое напряжение насыщения (что эквивалентно низкому проходному сопротивлению). Обычно в качестве подобного ключа используют мощные MOSFET транзисторы. Управляется такой электронный ключ любым маломощным выключателем, что обеспечивает очень высокую надежность устройства.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 14:00:50)

Минимизация помех и отказов соединительных бортовых цепей

Рассмотрим вариант верхнеплана с отъемным, неразъемным в центроплане крылом.

Прежде всего, еще до обтяжки крыла, в удобном месте (снизу и чуть впереди задней кромки), на прочной фанерной или стеклотекстолитовой площадке, вклеенной заранее между нервюрами центроплана, устанавливаем разъем (папу) типа DB-9. Такие 9-штырьковые разъемы используются в вычислительной технике в качестве разъема СОМ-порта. Они дешевы и легкодоступны для большинства моделистов, кроме того, по каждому контакту такого разъема можно смело “гнать” ток до 3-5 ампер без заметных потерь. Ответную часть (маму) разъема устанавливаем на фюзеляже. В этом случае разъем будет выполнять сразу две функции - собственно разъема, и центрующей направляющей крыла. В крыле, непосредственно под (над) установленным разъемом обязательно оставляем небольшой бункерок, в который, в дальнейшем, будут выходить провода от крыльевых машинок. Будет не лишним, также, сразу вклеить в крыло тонкостенные пластиковые трубки-боудены диаметром ~5 мм от этого бункера до люков, в которых будут устанавливаться крыльевые РМ. Эти трубки будут служить “кабельными каналами” для проводов, идущих к машинкам. Разумеется, трубки не должны изгибаться под большими углами, чтобы затем в них можно было засунуть сигнальные и питающие провода РМ.

Аналогичные каналы вклеиваем в фюзеляж, если будем устанавливать РМ в хвостовой его части или наоборот, вынесем РМ в нос. Для каждой машинки желательно провести отдельный “кабельный канал”.

После предварительного монтажа всей аппаратуры на модели ( в том числе и в крыле) измеряем длину каждого канала и добавляем к этому размеру еще миллиметров 100-150 (лишнее потом можно будет отрезать). Тоже самое делаем для хвостовых и носовой машинки. Отмеряем по три провода (лучше всего - провод МГТФ сечением не менее 0.15 кв. мм) - нужной длины для каждой машинки, и сплетаем их “косичкой” - как показывает многолетний опыт, такое плетение обеспечивает минимальные помехи от РМ. Разумеется, нужно маркировать каждый провод в такой плетенке, чтобы не ошибиться при дальнейшей распайке разъема. Аккуратно разбираем корпус РМ и припаиваем заготовленные длинные “концы” вместо коротенького штатного кабелечка. Собираем РМ и заливаем автомобильным силиконовым герметиком место выхода нашего длинного провода. Очень желательно каждый длинный провод продеть сквозь ферритовое кольцо подходящего размера (к примеру - М1500 10х6х4 мм). Еще лучше - намотать 1-2 витка этой косички на кольцо. Колечко можно термоклеем приклеить прямо к корпусу РМ, или разместить где-то рядом, на минимальном расстоянии от РМ. Если же такие ферритовые ВЧ-фильты установить на удалении от РМ (источника активной помехи), эффективность фильтрации существенно снизится. Такая простая мера сводит к минимуму все электромагнитные переизлучения от активных помех РМ. После этого устанавливаем РМ на предназначенное для нее место, а провод протаскиваем по трубке-каналу до центрального разъема в центроплане и распаиваем его на общем разъеме.

Девятиштырьковый разъем позволит скоммутировать в крыле до 5-6 рулевых машинок: 4 контакта (по 2 в параллель для обеспечения гарантированной работы соединения на максимальных токах) используем для подачи напряжения на все машинки, а остальные контакты будут служить для подачи на РМ сигнала с дешифратора приемника. Если необходимо в крыле установить большее количество машинок, можно использовать аналогичный разъем на 15 или более контактов. В случае крыла с отъемными консолями подобные разъемы можно установить в корневой нервюре каждой половинке крыла и в боковых стенках фюзеляжа. Такое соединение абсолютно надежно, кроме того, при серьезных авариях оно просто “отстегивается” вместе с крылом, сохраняя все электрические цепи невредимыми.

Внутри фюзеляжа одиночные провода от ответной части разъема присоединяются к гнездам нужных каналов приемника через такие же слаботочные “мамочки”, как и на штатных проводах от РМ (можно использовать “ленточный” кабель, только количество проводников в нем желательно удвоить - между соседними сигнальными проводами кабеля разместить провода, присоединенные к “массе” питания, это улучшит развязку между каналов управления), а питание на все бортовые РМ подается отдельно ( и “+”, и “-” питания), минуя приемник - сразу от выключателя питания. Будет не лишним для этого даже установить небольшую печатную платку или колодочку, рассчитанную для подпайки сразу нескольких проводов.

С этой же колодочки будет подаваться отдельными проводами питание на приемник. Здесь же стоит установить фильтрующий керамический конденсатор емкостью порядка 0.1 мкф, и электролит емкостью порядка 1000.0 мкф, на рабочее напряжение 10. Такой комбинированный фильтр позволит существенно уменьшить паразитные связи между бортовыми устройствами, и несколько снизит просадки напряжения, возникающие в результате пиковых потреблений тока рулевыми машинками.

Если же питание на приемник подать с этой колодки через маломощный диод Шоттки (падение напряжения на этих диодах ~ 0.3 вольта, т.е. существенно меньше, чем у кремниевых и германиевых диодов), после которого поставить еще один электролит емкостью 500.0-1000.0uF * 6.3V (установка здесь же и керамического конденсатора тоже не помешает), то удастся практически полностью защититься от кратковременных “просадок” напряжения питания, возникающих в силовых цепях борта по той, или иной причине. Работать эта простая схема будет так: при нормальном бортовом напряжении электролит будет заряжен до напряжения Uпит - 0.3V (падение на диоде), а в моменты “просадки”, когда напряжение в сети борта кратковременно снизится больше, чем на 0.3 вольта, диод “запрется”, но напряжение питания приемника останется прежним - электролит будет выполнять функции “батарейки” небольшой емкости, которой хватит почти на полсекунды нормальной работы приемника и дешифратора (столько импульсная помеха не живет!). После исчезновения “просадки”, напряжение бортовой сети вернется у прежнему уровню, диод откроется, и электролитик фильтра питания приемника снова “подзарядится” до нормального напряжения. Этот дополнительный фильтр можно разместить на той же самой “раздаточной” плате или колодке.

Разумеется, провода питания, идущие от аккумулятора к выключателю питания и к этой колодочке, должны иметь сечение, рассчитанное на максимальный потребляемый ток всеми бортовыми устройствами, кроме ходового двигателя. Во всяком случае, для модели с 5-6 стандартными РМ это сечение не должно быть меньше, чем 1 кв мм.

Эти простые меры позволят отказаться от ненадежных бортовых разъемов и сведут к минимуму вероятность отказов по их вине.

Очень часто через тот же разъем подключается к приемнику и антенна, вклеенная в крыло при его сборке. В качестве антенны прекрасно будет работать такой же провод МГТФ необходимой длины. Этот провод-антенну лучше вклеить под обшивку “лобика” или вдоль передней кромки крыла.

Кстати, в целях удобства эксплуатации приемника я уже давно применяю “съемную” антенну - на расстоянии 50-100 мм от приемника штатная антеннка отрезается, и в это место впаивается контактная группа “папа-мама” диаметром 0.8-1.0 мм от разъема типа РС, или аналогичного. Конечно, каждую половинку этого одинарного разъемчика желательно защитить термоусадочной трубкой. Теперь приемник при необходимости можно достать из одной модели и установить на другую модель, с заранее вклеенной антенной точно такой же длины.

Соединение ходового двигателя с контроллером также желательно осуществлять без разъемов, а пайкой. В ряде случаев для подключения мощного ходового мотора можно использовать одиночные штырьковые золоченые разъемы, иногда применяемые в фирменной низкочастотной Hi-Fi аппаратуре для подключения мощных акустических колонок (громкоговорителей). Такие разъемы могут коммутировать токи до 50-70 ампер и имеют очень низкое контактное сопротивление, правда весьма дороги, и несколько тяжеловаты.

Эти рекомендации, конечно не относятся к маломощным электродвигателям класса Спид 280-400 - такие моторчики можно подключать и через менее экзотические соединители, “добытые”, к примеру из многоштырьковых разъемов типа РС.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Общие правила монтажа и эксплуатации бортовой аппаратуры

Перед монтажом оборудования на модель, необходимо тщательно проверить работоспособность каждого из бортовых устройств по отдельности, и собранную на рабочем столе бортовую электросхему в том варианте, в каком она должна будет работать на реальной модели. Не стоит полагаться на то, что новый, только что купленный комплект аппаратуры был “протестирован” на фирме-изготовителе.

Новые приемник и передатчик обязательно следует проверить “на дальность” работы. (Методику такой проверки я уже описывал в статье про укороченные спиральные антенны, тем не менее напомню ее и здесь.) Для этого собирается простейший борт - приемник, акку и одна РМ, подключенная к любому каналу, управляемому при помощи одной из ручек управления на передатчике. Аккумуляторы борта и передатчика, разумеется, должны быть полностью заряженными. К качалке РМ желательно прикрепить сигнальную спицу (проволоку) длиной 100-150 мм с ярким маркером на конце - так за движением качалки можно будет наблюдать. Работоспособность этого комплекта сначала проверяется в “моделке”.

После этого следует выйти в поле, т.к. обычный двор микрорайона, даже большой по размеру, скорее всего не подойдет - там картина распространения радиоволн сильно искажается железобетонными многоэтажными домами. В крайнем случае, можно подобные испытания провести на бульваре широкого проспекта, при условии, что до ближайшего многоэтажного здания будет не менее 50-70 метров.

“Борт” кладется на какую-нибудь подставку (картонную коробку, деревянный ящик и т.д.) высотой примерно 20-25 см. Непосредственно на земле размещать приемное оборудование не следует - при этом резко уменьшается дальность приема. Антенна свободно растягивается перпендикулярно направлению (натягивать ее не обязательно), в котором будет двигаться ваш помощник с передатчиком. Если передатчик имеет тестовый режим проверки рулевых машинок, то включается этот режим. Теперь качалка подключенной к приемнику РМ будет плавно перемещаться из одного крайнего положения в другое. Благодаря сигнальной спице, это движение будет хорошо видно с расстояния 5-7 метров. Если же аппаратура не имеет такого режима, то помощник, удаляясь от лежащего на земле “борта”, должен периодически перекладывать ручку управления нужного канала. Вам же останется только контролировать поведение РМ. В момент, когда начнется хаотичное подергивание машинки, нужно будет подать команду помощнику остановиться, и измерить расстояние, на которое он отошел. Реальная дальность надежного управления моделью в воздухе будет превышать это расстояние в 5-7 раз. То есть, если “по земле” дальность устойчивой работы аппаратуры получилась, к примеру, 100 метров, то в воздухе работоспособность сохранится на расстоянии не менее 500 метров. Обычно этой дальности хватает для управления любой авиамоделью. При желании, это испытание можно провести с несколькими РМ, подключенными к разным каналам, и выяснить, одинаково ли хорошо они управляются при уменьшении радиосигнала, поступающего на приемник.

Только после того, как вы убедитесь в работоспособности аппаратуры, можно начинать ее монтаж непосредственно на модели.

При этом нужно придерживаться нескольких простых правил.

1) Все бортовые устройства должны быть надежно закреплены в предназначенных для них местах и отсеках. Один из возможных вариантов крепления рулевых машинок - на автомобильный или строительный двусторонний скотч толщиной 1.0-2.0 мм. Такое эластичное соединение очень хорошо гасит вибрации мотора, но позволяет передать от машинок на рули максимальные усилия.

2) Приемник должен быть установлен в отдельном отсеке, и тщательно упакован в эластичную ударопрочную оболочку (микропористая резина, плотный поролон, и т.д.). Еще лучше сделать маленькую коробочку из тонкой фанеры или стеклотекстолита толщиной 0.8-1.2 мм, в которую через амортизирующие прокладки будет плотно вставляться приемник. Разумеется, этот бокс снаружи должен быть упакован так, как написано выше. Такая двойная защита стопроцентно убережет приемник при самых тяжелых авариях.

3) Аккумулятор всегда должен находиться впереди приемника, и также тщательно упакован. Желательно, чтобы отсеки для приемника и акку были разделены глухим шпангоутом - это уменьшит вероятность повреждения приемника тяжелым аккумулятором при аварии.

4) Все соединительные бортовые провода и кабели должны быть закреплены на стенках конструкции модели скотчем или проволочными хомутиками. Исключаются как значительные слабины, так и малейшие натяжения проводов и кабелей.

5) Приемная антенна должна быть расположена на максимальном удалении от соединительных и силовых проводов, кабелей и рулевых машинок. В случае использования приемника с неотсоединяемой антенной, для простоты ее размещения антенны желательно предусмотреть специальный пластмассовый канал (боуден).

Категорически запрещается располагать антенну приемника внутри фюзеляжа или крыла, если они изготовлены с применением угольной ткани, которая плохо пропускает радиоволны. В этом случае следует натянуть антенну снаружи модели, исключив любые механические нагрузки на сам приемник.

6) Выключатель бортового питания следует располагать так, чтобы исключить его случайное выключение в момент старта модели (выпуска из рук). Лучше, если выключатель будет установлен не на боковой стенке фюзеляжа, а внутри него, а наружу будет выведена только проволочная L-образная тяга (крючок), которая при выключенном положении будет прижата вплотную к стенке. Такая конструкция исключит случайное включение питания при транспортировке модели, и убережет бортовой аккумулятор от разрядки.

7) Важный момент, который я упустил при описании потенциальных источников бортовых помех.

Тяга от рулевой машинки к рычагу управления дроссельной заслонкой ДВС не должна иметь с этим рычагом электрического контакта! В полете, на картере ДВС накапливается статическое электричество, которое при шарнирном соединении металлической тяги с металлическим же приводом дросселя начинает искрить, что часто вызывает “забитие” приемника, т.к. такое искрение зачастую имеет очень высокий уровень паразитных переизлучений. Такие помехи часто возникают даже в том случае, если ДВС “заземлен” на “массу” бортовой сети электропитания. Поэтому здесь необходимо применять диэлектрические шарниры, если, конечно, рычаг дросселя сам не пластмассовый.

8) При эксплуатации модели следует постоянно контролировать степень заряда бортовой батареи. Имея под рукой тетрадь с записями характеристик источника питания, можно даже без бортового индикатора с очень высокой точностью определять уровень разряда, и величину оставшейся энергии в аккумуляторе. Не следует никогда стараться “высосать” бортовую батарею до конца. В целях разумной перестраховки лучше прекратить полеты в то время, когда, по вашему мнению, в батарее осталось 10-15% энергии. Я специально говорю здесь не о напряжении батареи, а о запасенной в ней энергии, которая в конечном итоге и обеспечивает работу всех бортовых устройств.

Одно из свойств NiCd (и других тоже) аккумуляторов заключается в том, что они могут длительное время питать нагрузку достаточно стабильным напряжением, а затем, при израсходовании запасенной в них энергии, это напряжение начинает резко падать. При этом, время окончательного “доразряда” батареи при мощной нагрузке (5-6 рулевых машинок) может составлять всего несколько минут. Понятно, что проконтролировав перед вылетом напряжение на батарее, да еще и не под нагрузкой (РМ во время этого контроля обычно активно не работают) и посчитав его достаточным (допустим - 4.5-4.7 вольта), можно через несколько минут полета оказаться в очень неприятной ситуации, когда все рулевые машинки “вдруг” отказываются работать! Именно поэтому важно следить не столько за напряжением бортовой батареи, сколько за остатком энергии, запасенной в ней.

9) Перед каждым полетом проводить внимательный визуальный контроль всех электрических соединений, креплений всех бортовых устройств и соединительных тяг, а не реже, чем один-два раза в сезон осуществлять полное бортовое ТО. Все шарнирные соединения, от качалок РМ до петель крепления рулей, должны иметь минимальные люфты (лучше, если их совсем не будет), при этом вся механика и механизация модели должна работать легко, без заеданий, и тем более - без упоров РМ при больших отклонениях качалки. Любые заедания (тем более - механические “упоры”) требуют чрезмерных усилий от РМ, что ведет к увеличению потребляемого тока, ускоренному разряду батареи питания, и часто - к “просадкам” напряжения, которые, как мы выяснили, являются основанием для более серьезных отказов аппаратуры.

Вот пожалуй и все, что я хотел рассказать про источники бортовых помех, о причинах вызывающих отказы бортового радиооборудования, и о путях, которые помогут свести к минимуму вероятность их возникновения при эксплуатации модели.

Разумеется, каждый из вас мог сталкиваться с еще какими-либо бортовыми помехами и отказами, которые мне неизвестны, или о которых я просто не вспомнил. Пишите о таких случаях на форум, и я обязательно добавлю их описание в этот материал.

Где-то я читал, что по статистике, аварии модели по вине отказов бортового оборудования бывают только в одном случае из десяти - все остальные крэши происходят по ошибке пилота или под воздействием внешней помехи. Наверное, это так. Тем не менее, если вы исключите хотя бы внутренние причины отказов, ваша модель наверняка проживет на 10% дольше.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Электронный выключатель

Еще осенью собрал несколько электронных выключателей для моделей, таких, как описывал ранее, но все никак не мог сделать фотографии.

На плате размером 35х22 мм разместились: электронный выключатель, способный легко коммутировать ток до 10 Ампер, 8 разъемов для подключения рулевых машинок (9-ый разъем служит для подключения внешнего гнезда подзарядки и выключающей колодочки с сигнальным флажков), фильтр развязки питания приемника и специальный разъем для подключения бортового аккумулятора.

Устройство соединяется с приемником 10-жильным ленточным кабелем: 8 жил (8 каналов) - сигналы управления на РМ, и 2 жилы - питание на приемник, подающееся после развязывающего фильтра, предохраняющего от “просадок” бортового напряжения.

Каждая из 8-ми бортовых РМ может быть подключена к любому из 8-ми каналов, а выносное гнездо, подключаемое к 9-му разъему выполняет сразу 2 функции:

1) при вставлении в него ответной части разъема с “закороткой” выключается питание всего борта;

2) к этому же гнезду можно подключать внешнее зарядное устройство, что очень удобно в полевых условиях.

Мощный разъем аккумулятора способен без потерь коммутировать ток до 5-8 Ампер.


Электронный выключатель. Вид со стороны разъемов и со стороны SMD-монтажа
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 14:07:04)

Источники питания с повышенным напряжением

В последнее время среди моделистов ведется немало споров по поводу целесообразности и безопасности эксплуатации бортовых устройств (приемника и рулевых машинок) от источников питания с повышенным напряжением.

Думаю, будет не лишним продолжить разговор об отказах RC-аппаратуры, возникающих и по этой причине.

Вы решили установить в качестве бортового источника батарею не из четырех, а из пяти-шести стандартных никель-кадмиевых (металлогидридных) элементов, или из двух “липошек”, т.е. хотите подать в бортовую сесть не положенные 4,8 вольта, а 6-7 вольт.

К каким последствиям это может привести? Давайте разделим возможные негативные последствия на две группы, и проанализируем их в отдельности.

К первой группе отнесем так называемые “фатальные” отказы - электрический выход из строя любого элемента схемы, приводящий к необратимым изменениям его параметров (“перегорание” элемента).

Ко второй группе отнесем “функциональные” отказы - временную неработоспособность бортового устройства, которая самоустраняется при обратном переходе на питание от штатного источника питания.

Сразу оговорюсь: я не буду рассматривать конкретные схемы, случаи отказов и варианты источников питания. Их многообразие не позволит сделать это в короткой заметке. Поэтому ограничусь рассмотрением только наиболее вероятных причин, которые могут привести к отказу аппаратуры, или ее выходу из строя.

Прошу учесть, что все мои дальнейшие выводы сделаны на основании не столько многолетнего опыта конструирования, изготовления и эксплуатации разнообразной радиоэлектронной техники (хотя такой опыт есть, и не малый!), сколько на внимательном изучении справочно-технологических параметров применяемых электронных компонентов. Тем не менее, принятие окончательного решения “повышать - не повышать” напряжение бортового питания, я оставляю на ваше усмотрение и под вашу ответственность.

Итак, фатальные отказы.

В абсолютном большинстве случаев можно предотвратить любой фатальный электрический отказ аппаратуры. Для этого просто нужно понимать, что, и в какой ситуации может выйти из строя внутри маленького “черного” ящика, будь то приемник, или рулевая машинка.

Любое радиоэлектронное устройство состоит из множества отдельных элементов - полупроводниковых диодов, транзисторов и микросхем, а также конденсаторов, резисторов и индуктивностей.

Каждый из этих элементов обязательно характеризуется двумя-тремя параметрами - рабочим напряжением, максимальным током и/или рассеиваемой мощностью. Остальные электрические параметры нас сейчас не интересуют.

Полупроводники. Большинство полупроводниковых деталей, применяемых в RC-конструкциях, можно считать элементами со стандартизированными параметрами. Это значит, что никаких особых требований к их параметрам не предъявляется. Максимальное рабочее напряжение транзисторов и диодов, как правило, не менее 15-20 вольт, что существенно больше, чем 5-7 вольт, которые вы хотите на них подать. Следовательно, пробоя “по напряжению” можно не опасаться. То же самое касается и микросхем - в RC-аппаратуре обычно применяются МС стандартных серий, которые изначально рассчитаны для работы в диапазоне питающих напряжений до 15-30 вольт, но уж никак не меньше, чем 10-12 вольт. Так что и здесь все в порядке. Даже специализированные МС, которые чаще всего устанавливаются в рулевые машинки, изготавливаются по стандартным технологиям, и как правило, безболезненно переносят увеличение напряжения питания в полтора-два раза.

Если же в конструкции применяется специальная МС, рассчитанная на работу от низкого напряжения (допустим - микроконтроллер, большинство из которых работает от 3,3 вольт), то в схеме обязательно будет встроенный интегральный стабилизатор напряжения, который обеспечит нормальную работу такой МС. Сам же интегральный стабилизатор тоже способен работать в очень широком диапазоне питающих напряжений (обычно до 27-30 вольт).

Применяемые в микроэлектронике резисторы обычно рассчитаны на рабочие напряжения не менее 50-150 вольт, и очевидно, также не подвержены пробою “по напряжению”.

Индуктивности, даже предназначенные для SMD монтажа, не подвержены пробою при напряжениях до 80-150 вольт.

Конденсаторы, применяемые RC-устройствах бывают, условно говоря, двух видов: обычные униполярные, и электролитические полярные. Обычные униполярные конденсаторы рассчитаны на работу при напряжениях не менее 100 вольт. Даже миниатюрные многослойные SMD-конденсаторы, предназначенные для печатного монтажа имеют минимальный предел рабочего напряжения не ниже 30-40 вольт, следовательно, тоже не могут выйти из строя по причине повышения напряжения питания до 5-7 вольт.

Несколько сложнее обстоят дела с электролитическими емкостями.

Во первых, они полярные. Поэтому на их корпусе обязательно маркируется один из выводов - или “+” или “-”. И подключаться такие конденсаторы должны с учетом этой маркировки. Кроме того, все электролиты рассчитаны на строго определенное напряжение питания, также указываемое на корпусе. Стандартный ряд питающих напряжений такой: 6,3 вольт, 10 вольт, 16 вольт, 25 вольт и т.д. Естественно, что самые миниатюрные емкости рассчитаны на работу при минимальных напряжениях. Еще меньшие рабочие напряжения могут быть у SMD танталовых электролитов - такие выпускаются и для рабочих напряжений всего 4 вольта. Естественно, что почти двукратное превышение рабочего напряжение почти наверняка приведет к пробою “по напряжению” и выведет такую деталь из строя.

Следовательно, прямому выходу из строя по причине повышения напряжения питания с 4,8 до 6-7 вольт теоретически могут быть подвержены только электролитические конденсаторы. Для всех остальных элементов схемы такое повышение напряжения питания, при прочих нормальных условиях эксплуатации, можно считать допустимым, и не приводящим к фатальным отказам.

Вы заметили, что я и здесь оговорился - “при прочих нормальных условиях”? Вот о них я расскажу в продолжении.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Максимальный рабочий ток и рассеиваемая мощность

Как мы выяснили выше, электрический пробой “по напряжению” может грозить только одному виду схемных компонентов - электролитическим конденсаторам. Но и остальные детали (особенно полупроводниковые), в принципе могут выйти из строя при увеличении напряжения питания, правда, уже по другой причине - вследствие теплового пробоя, возникающего при увеличении рассеиваемой мощности.

Давайте посчитаем, как увеличатся потребляемый ток и рассеиваемая мощность при увеличении питающего напряжения.

Прежде всего, нужно задать максимально возможное напряжение питания.

Для пяти свежезаряженных никель-кадмиевых (металлогидридных) элементов это напряжение будет равно:

Umax = 5 * 1,45V = 7,25 V,

для шести элементов, соответственно:

Umax = 6 * 1,45 V = 8,7 V,

и для двух литий-полимерных элементов это напряжение будет порядка:
Umax = 2 * 3,50 V = 7,0 V.

Конечно, через несколько минут напряжение даже свежезаряженных батарей снизится до уровня рабочего (~6,0 - ~7,2 V для никель-кадмия и металлогидрида, и ~ 6,2 V для литий-полимера), но в расчетах следует учитывать максимально возможные величины.

По закону Ома, ток в цепи постоянного тока (упростим задачу) пропорционален напряжению:

I = U / R,

а вот мощность пропорциональна уже квадрату напряжения:

P = U * I = U^2 / R,

следовательно, при увеличении напряжения в 1,8 раза (с 4,8 воль до 8,7 вольт), токи во всех цепях увеличатся также в 1,8 раза, а вот потребляемая (и рассеиваемая) мощность возрастет почти в 3,3 раза!

Индуктивности в бортовых устройствах - это, прежде всего, ВЧ контура радиоканала. В них протекают очень не большие, да к тому же - переменные токи (при их расчетах применяются другие формулы), поэтому за сохранность контурных индуктивностей можно не опасаться, там все сделано в большим электрическим запасом.

Если в схеме имеется фильтрующий дроссель (они иногда устанавливаются как раз в цепях питания), то и за их сохранность можно не бояться - при общем потребляемом токе приемника порядка 5-15 мА, даже при двукратном повышении напряжения питания, ток, протекающий через эту деталь, и рассеиваемая на ней мощность наверняка не превысят допустимых величин.

Примерно тоже самое можно сказать и о резисторах. Мощность применяемых в современной RC-аппаратуре SMD резисторов не бывает ниже 0,1 Вт. Это значит, что резистор может длительное время рассеивать указанную мощность, без изменения своих параметров.

Простой расчет показывает, что величина сопротивления резистора, при которой на детали начнет рассеиваться такая мощность при напряжении 8,7 вольт будет примерно равна:

R = U^2 / P = 8,7*8,7/0,1 = ~760 Ом,

ток при этом должен быть не меньше:

I = U / R = 8,7 / 760 = ~11 мA.

Как мы уже установили, ток такого порядка (5-15 мА) протекает сразу по всем цепям приемника, поэтому оснований для беспокойства и здесь нет никаких. Резисторы схемы приемника (да и рулевых машинок тоже) безболезненно перенесут двукратное повышение напряжения питания. Конечно, если не возникнет еще каких-то факторов, способных привести к тепловому пробою резистора. Что же это за факторы?

Резисторы - это пассивные элементы, обычно играющие вторые роли, в отличие от полупроводниковых элементов - транзисторов, диодов и интегральных микросхем. Только в случае “перегорания” какого-нибудь “полупровода”, может выйти из строя и находящийся в той же цепи резистор, по которому начнет протекать запредельный ток.

Насколько же вероятен тепловой пробой полупроводников?

Слаботочные цепи (а к ним можно отнести все цепи приемника и цепи обработки канального импульса в РМ) однозначно не выйдут из строя при увеличении напряжения питания не только в 2, но и в 3-4 раза. Для большинства полупроводниковых элементов токи до 0,1 А (100 мА) абсолютно безопасны. А такие токи однозначно не могут возникнуть при простом увеличении напряжения питания. Все цепи микросхем самого приемника, декодера и входных элементов электроники РМ могут надежно работать при напряжениях питания до 10 вольт.

Другое дело - силовые цепи рулевых машинок, где даже в штатном режиме, при полной нагрузке на валу, токи могут достигать нескольких ампер! Очевидно, что увеличенное почти в 2 раза напряжение питания вызовет такое же увеличение тока, и более чем трехкратное увеличение коммутируемой мощности. Здесь ситуация усугубляется еще и тем, что нагрузкой коммутирующих ключей РМ являются обмотки статора или якоря электродвигателя, имеющие довольно большую индуктивность. А при коммутации индуктивности, как известно, возникает значительная противо-ЭДС, величина которой часто может во много раз превышать напряжение питания, в отдельных случаях - до 10 раз. (Посчитайте, сколько это будет при 8,7 вольта!?). Поэтому можно утверждать, что эти цепи наиболее подвержены выходу из строя по причине теплового пробоя. А так как обычно в РМ стоит единственная микросхема, содержащая как цепи обработки канального импульса, так и силовые цепи, управляющие работой электромотора, то вероятность ее отказа вследствие теплового пробоя резко возрастает.

Строго говоря, бывает 2 вида выхода из строя полупроводника - его пробой, приводящий к короткому замыканию, с лавинообразным отказом других элементов, включенных последовательно полупроводнику (прежде всего это другие полупроводники и резисторы), и обрыв - менее опасный отказ, который обычно не влечет за собой повреждение других элементов схемы. Правда, и в том, и в другом случае устройство в целом перестает работать.

Здесь было бы уместно сказать несколько слов и о самом электромоторе.

Но мы еще вернемся к этому в следующей части, когда будем рассматривать не только второй вид отказов - “функциональные отказы”, но и попробуем проанализировать саму целесообразность увеличения напряжения бортового питания.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Функциональные отказы бортового оборудования при увеличении напряжения питания

Функциональными отказами аппаратуры я называю любые периодические отклонения от нормального режима ее работы, вызванные каким-либо внешним нештатным воздействием. Функциональные отказы прекращаются, и аппаратура восстанавливает свою работоспособность, после прекращения внешнего нештатного воздействия. Но к сожалению, это происходит не всегда. Хотя можно уверенно сказать, что любому фатальному отказу обычно предшествует функциональный отказ, длящийся какое-то время.

В нашем случае причиной (внешним воздействием), вызывающей функциональный отказ, будет повышенное напряжение питания.

Возникновение функционального отказа означает только одно - какой-то (или какие-то) элементы радиоэлектронного устройства был выведен из рабочего режима. Разумеется, речь может идти только об активном полупроводниковом элементе: транзисторе, микросхеме или (в редких случаях) о диоде. Резисторы, индуктивности и конденсаторы, как пассивные элементы, не подвержены выходу из рабочего режима при изменении напряжения питания (вариант фатального отказа мы уже рассмотрели), поэтому функциональный отказ не может возникнуть из-за этих элементов.

Одним из самых типичных и довольно часто возникающих функциональных отказов является рассогласование уровней сигнала между отдельными каскадами аппаратуры. Такое рассогласование, в принципе, может возникнуть как внутри самого приемника (допустим, между микросхемой радиоприемного тракта и микросхемой декодера), так и между приемником и рулевой машинкой.

Не нужно объяснять, что любое радиоэлектронное устройство при разработке оптимизируется для работы от определенного напряжения питания. Наилучшие электрические параметры схема будет иметь только в том случае, если напряжение питания будет равно или близко к расчетному. Но так как RC-аппаратура предназначена для работы от аккумуляторной батареи, ЭДС которой довольно сильно изменяется во времени, абсолютное большинство радиоприемных устройств имеет встроенный стабилизатор напряжения.. Это устройство поддерживает напряжение в цепях питания приемника на каком-то определенном уровне, заведомо меньшем, чем напряжение заряженного аккумулятора. Обычно на выходе стабилизатора напряжения равно 3,3 вольта. Этот уровень напряжения будет стабильным до тех пор, пока ЭДС аккумулятора не станет меньше примерно 4-х вольт. И даже если вы добавите в аккумулятор несколько банок, увеличив тем самым его напряжение до 7-10 вольт, встроенный в приемник стабилизатор все равно будет подавать на схему те же самые 3,3 вольта. С одной стороны это стабилизирует все рабочие режимы схемы, гарантируя нормальную их работоспособность, а с другой стороны еще и защищает от возникновения фатального отказа приемника.

Казалось бы - все должно быть нормально. Но борт “вдруг” перестает работать, как только вы добавляете лишний элемент в аккумулятор. Рулевые машинки или перестают работать вообще, или хаотически дергаются, только изредка пытаясь следовать за ручкой управления. В чем же тут дело?

А дело как раз в том, что после увеличения напряжения питания, где-то произошло рассогласование уровней. Я уже говорил, что есть два наиболее вероятных места такого рассогласования.

Первое - это рассогласование уровней сигнала между микросхемой радиоприемника и микросхемой декодера, и второе - между выходом декодера и рулевой машинкой. Механизм рассогласования и в том и в другом случае одинаков, поэтому я расскажу о нем на примере первого варианта.

Для того, чтобы понять, почему происходит такое рассогласование, нужно вспомнить, как работают цифровые микросхемы - неотъемлемые составляющие декодера и входных цепей рулевых машинок.

Образно говоря, цифровая микросхема это выключатель, который управляется под воздействием входного сигнала (или нескольких сигналов). В цифровых микросхемах уровень выходного сигнала может иметь только два значения - уровень логической единицы, или уровень логического нуля. Уровень единицы близок к уровню напряжения питания микросхемы (обычно он чуть меньше, примерно на 0,3-0,7 вольта), а уровень нуля на такую же величину больше потенциала общего провода (массы).

Входные сигналы для управления цифровой микросхемой также могут иметь два значения. Но здесь обычно говорят о пороге срабатывания, т.е. о напряжении на входе микросхемы, при котором ее выходной уровень изменяется на противоположный. У большинства цифровых (логических) микросхем это напряжение (порог срабатывания) близко к половине питающего напряжения.

А вот теперь давайте рассмотрим такую ситуацию. Микросхема радиоприемника питается от встроенного стабилизатора напряжения 3,3 вольта. Очевидно, что в этом случае выходной сигнал приемника не может быть выше 3,0-3,3 вольт. А на микросхему декодера питание подается непосредственно от аккумуляторной батареи. Если напряжение аккумулятора стандартное, т.е. равно 4,8 вольта, то порог срабатывания входной логики декодера будет равен ~ 2,4 вольта, т.е. уровня выходного каскада приемника (~3,0 вольта) достаточно для того, чтобы микросхема декодера “переключилась”. Но как только мы увеличим напряжение питания до 6,0 вольт, до 3,0 вольт возрастет и уровень срабатывания входной логики декодера, и уровня выходного сигнала приемника скорее всего окажется уже не достаточно для гарантированного переключения входной логики декодера. Как говорится - приехали…

Если же весь приемник, включая декодер, питается через стабилизатор напряжения, то между собой они конфликтовать не будут, их работоспособность гарантирована при очень больших отклонениях напряжения питания. Но тогда конфликт обязательно возникнет уже в другом месте - на входе логики рулевой машинки. Ведь теперь уровень выходного сигнала декодера будет всего 3,0 вольта!

Конечно, есть специальные способы (кстати - достаточно простые), позволяющие обеспечить согласование каскадов при разной величине питающего напряжения, но далеко не факт, что фирмы производители сервомеханизмов для радиоуправляемых моделей предусмотрели, что кто-то из вас захочет поиздеваться над их изделием, загоняя его в непредусмотренный режим работы…

Ну и в заключение проанализируем, что же побуждает нас увеличивать количество элементов в аккумуляторе, и что мы будем иметь, реализовав эту задумку.

Что побуждает?

1) Желание увеличить время работы борта от аккумулятора;

2) Желание увеличить усилие и быстродействие стандартных рулевых машинок.

Других причин, по которым стоило бы увеличивать напряжение аккумулятора я не вижу…

А будем ли мы это иметь, и если да, то какой ценой?

Что касается существенного увеличения времени работы от одного аккумулятора, то вряд ли… Давайте считать:

Увеличив количество банок, без изменения их емкости, мы прежде всего начнем терять энергию на тепловых потерях в стабилизаторе напряжения - ведь для того, чтобы подать положенные 3,3 вольта на приемник, стабилизатору придется “гасить” на себе лишние 2-3 вольта. Это - прямые потери, как говорится - “деньги на ветер”.

Что касается выигрыша по времени, он все-таки будет, но очень не значительный. Объясню. Казалось бы, добавив в аккумулятор лишнюю банку-две, мы пропорционально продлеваем время работы приемника (в целом) за счет стабилизатора - он дольше сможет “высасывать” энергию из батареи. Но это - самообман. До тех пор, пока каждая банка аккумулятора выдает стабильные 1,2 вольта (длительный рабочий режим), “лишнее” напряжение будет греть воздух. Время этого периода работы практически не увеличится, а как станет ясно дальше, может даже и сократиться! И только когда аккумулятор отдаст примерно 80-90% запасенной энергии, и напряжение на нем начнет резко снижаться, мы сможем получить какой-то временной выигрыш - действительно, аккумулятор из пяти, а тем более из шести банок, сможет НА НЕСКОЛЬКО МИНУТ дольше четырехбаночного аккумулятора развивать суммарную ЭДС на уровне 4,0 вольт, необходимых для нормальной работы стабилизатора. Но это будет работа, что называется, “на грани фола”, и никто не сможет гарантировать стабильности этого режима. Это касается приемника.

С рулевой машинкой дела будут обстоять еще хуже. Эти устройства обычно не имеют внутреннего стабилизатора напряжения. Следовательно, увеличение напряжения питания однозначно вызовет пропорциональное увеличение тока во всех ее цепях, и квадратичное увеличение потребляемой мощности. А это, в свою очередь, приведет к ускоренному разряду аккумулятора!

Конечно, выигрыш в усилии, развиваемом РМ будет налицо, да и ее “скорострельность” увеличится, но все знают, что бесплатный сыр бывает только в мышеловке. Двух-трехкратное увеличение снимаемой с двигателя мощности еще больше ускорит разряд аккумулятора, увеличит износ щеток и коллектора электромотора, износ осей и зубьев шестерен редуктора и увеличение люфтов. Повышенное искрение коллекторного узла электромотора будет дополнительно провоцировать выход из строя силовых ключей управляющей микросхемы РМ. Ресурс всего устройства сократится однозначно, и довольно сильно. К тому же не исключена и простая механическая поломка любой детали редуктора (ведь детали не рассчитаны на передачу повышенных усилий!), качалки, тяг, или даже рулей самой модели.

Думаю, дальше сгущать краски не имеет смысла…
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Выводы

Теперь можно подвести итоги, и сделать некоторые выводы. Итак, в результате увеличения количества элементов в аккумуляторе, максимальное/рабочее напряжение бортовой сети возрастет:
до 7,25/6,0 вольт для 5 банок,
до 8,7/7,2 вольта для 6 банок,
до 7,0/6,2 вольта для 2 LiPo элементов.

В результате такой модернизации потенциально могут выйти из строя только электролитические конденсаторы в приемнике и в рулевых машинках, если их рабочее напряжение меньше 10,0 вольт. Прямой опасности для остальных деталей и элементов схемы нет.

Косвенно (в результате теплового пробоя) могут быть повреждены, прежде всего, микросхемы рулевых машинок. Кроме того, наверняка в целом сократится ресурс работы этих устройств, вследствие резкого увеличения потребляемой мощности и повышения механического износа.

Надежность работы бортовых устройств может снизиться, в результате рассогласования уровней межкаскадных сигналов (не факт, но исключать этого я бы не стал). В наибольшей степени это касается 6-баночного варианта аккумулятора.

Время работы борта от аккумулятора с бОльшим уровнем напряжения при прочих равных условиях (прежде всего - емкости акку) не только не увеличится, но может даже и сократиться, за счет полуторо-двукратного увеличения потребляемого тока.

Повышенная токоотдача аккумулятора может сократить срок работы аккумулятора.

Примерно в 1,5 раза возрастет быстродействие рулевых машинок и развиваемое ими усилие на валу. Правда при резком сокращении их ресурса и эксплуатационной надежности. (Очевидно это единственный, но довольно спорный аргумент “за”…)

На мой взгляд гораздо полезнее (как с технической, так и с экономической точки зрения) будет увеличение не напряжения бортовой батареи, а ее емкости - именно эта величина определяет время работы всех бортовых устройств. В том случае, если вам необходима бОльшая скорость работы (или мощность) рулевой машинки, то целесообразнее будет просто заменить ее на другую, фирменную, и с соответствующими параметрами, чем “выжимать” последние усилия из дешевой ширпотребной “китаянки”. В настоящее время многие фирмы выпускают РМ, специально рассчитанные на работу от источника с повышенным напряжением, и такие машинки наверняка имеют цепи, согласующие уровни сигналов.

Если же вы, руководствуясь какими-то сиюминутными мотивами все же решите использовать в нештатном режиме стандартную РМ, примите меры по предотвращению функциональных отказов по описанной выше причине.

Проще всего сделать дополнительное согласующее устройство на обычной логической КМОП микросхеме, содержащей 4-6 элементов, лучше - НЕинвертирующих, еще лучше - с открытым выходом. В случае использования, допустим одной микросхемы 564ПУ6 вы сможете согласовать сразу 6 рулевых машинок. Эта микросхема содержит 6 неинвертирующих преобразователя уровня, и 2 контакта питания - низкий (со стабилизатора приемника) и высокий (непосредственно от аккумулятора). В крайнем случае можно использовать две последовательно-поэлементно включенные микросхемы, содержащие 4 любых логических элемента (ЛА, ЛР) с инвертирующим выходом, или 6 инвертирующих повторителей (ЛН, ПУ). Первая микросхема должна запитываться от цепей питания приемника, а вторая - от аккумулятора. Выбор микросхем сейчас очень велик, поэтому каждый сможет подобрать для себя оптимальный вариант.

Ну а окончательные выводы из моих рассуждений предлагаю вам сделать самостоятельно.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider)

CAMELION
В результате такой модернизации потенциально могут выйти из строя только электролитические конденсаторы в приемнике и в рулевых машинках, если их рабочее напряжение меньше 10,0 вольт. Прямой опасности для остальных деталей и элементов схемы нет.

И что тут обсуждать?Написано человеком далёким от электроники.Попробуй к 6 вольтовой серве ,зажигалке подключить 7.2 вольта.Спроси у Юры из Михайловска чем кончилось.

Отредактировано jukov26 (Окт. 26, 2012 15:28:27)

CAMELION
Надежность работы бортовых устройств может снизиться, в результате рассогласования уровней межкаскадных сигналов (не факт, но исключать этого я бы не стал). В наибольшей степени это касается 6-баночного варианта аккумулятора.

Ещё один перл.Пишет что бы писать.

jukov26
И что тут обсуждать?Написано человеком далёким от электроники

jukov26
Ещё один перл.Пишет что бы писать.

Серёж! Может ты и прав, но аргументируй что бы всем понятно было в чём автор не прав!

jukov26
Надежность работы бортовых устройств может снизиться, в результате рассогласования уровней межкаскадных сигналов (не факт, но исключать этого я бы не стал). В наибольшей степени это касается 6-баночного варианта аккумулятора.

Поскольку все функционально законченные устройства с межкаскадной связью(приёмники в нашем веке) имеют как входной стаб ,так и источники тока для каждого каскада рассогласование межкаскадной связи невозможно, но дым пойти может.Пусть автор почитает Хорвеца с Хилом “Основы проектирования эл. устройств” .

Отредактировано jukov26 (Окт. 26, 2012 16:30:12)

jukov26
Пусть автор почитает Хорвеца с Хилом “Основы проектирования эл. устройств”

Вот, вотя к этому и вёл! Видимо статьи писались автором в недалёком прошлом, а многое в этом мире поменялось(прогресс не стоит на месте)!

CAMELION

jukov26
Пусть автор почитает Хорвеца с Хилом “Основы проектирования эл. устройств”

Вот, вотя к этому и вёл! Видимо статьи писались автором в недалёком прошлом, а многое в этом мире поменялось(прогресс не стоит на месте)!

Мне особенно понравился совет установить отечественную электронику.

Отредактировано Vikto50 (Окт. 26, 2012 18:50:58)